Русловые исследования

Содержание

Введение

1. Составление плана русловой съемки и продольного профиля реки

2. Обработка данных натурных исследований, используемых для анализа гидравлики потока

3. Обработка данных натурных измерений, используемых для анализа движения влекомых наносов

4. Вычисление расхода влекомых наносов, измеренного донным батометром

5. Определение состава донных отложений

Список литературы

Введение

Для поддержания и улучшения судоходных условий на внутренних водных путях проводят комплекс путевых работ, в состав которого входят дноуглубительные и выправительные работы. Эти работы могут существенным образом изменить скоростное поле потока, положение свободной поверхности воды и режим движений наносов. Решение этой сложной инженерной задачи невозможно без детальных сведений об улучшаемом участке, о его морфологии, колебаниях уровня и расходов воды, характере грунтов, гидравлических особенностях потока, транспорте наносов, характере и интенсивности русловых деформаций и т.д.

Для получения таких данных используют гидрологические сведения по ближайшим гидрологическим постам и проводят на затруднительном участке специальные русловые исследования. Программа этих исследований составляется с учетом особенностей данного участка и предполагаемого состава путевых работ.

В состав русловых исследований входят следующие основные виды работ:

1 сплошная гидрографическая съемка участка;

2 уровенные наблюдения на временных гидрологических постах;

3 мгновенная связка уровней воды по длине участка;

4 измерение скоростей течения и расходов воды;

5 поплавочные наблюдения;

6 измерение расходов влекомых и взвешенных наносов;

7 взятие проб донных отложений.

Русловые исследования проводятся русловыми изыскательскими партиями. Полученные полевые материалы подвергаются камеральной обработке и используются для составления проектов улучшения судоходных условий.

1. Составление плана русловой съемки и продольного профиля реки

Русловые съемки выполняют либо наземными методами, либо способами аэрофотосъемки.

Промер на участке 209-210 км. реки А выполнялся по инструментально определенным промерным профилям с засечками промерных точек с берега одним инструментом (мензулой).

Нанесение на план промерных точек сводится к перенесение с помощью кальки засеченных (флажковых) точек, а также пунктов планового обоснования, линий рабочего уреза и меженных бровок с рабочего планшета (рис.1) на отчетный план. Обработка промерного журнала предшествует выписке глубин на план русловой съемки.

Измеренные глубины должны быть исправлены на величину срезки, т.е. приведены к проектному уровню.

Если рабочий уровень воды выше проектного и измеренная глубина h_ср больше срезки DH, то срезанная глубина равна h=h_ср-DH.

Если рабочий уровень ниже проектного (величина срезки отрицательна), тогда срезанная глубина будет равна h=h_р+DH.

При рабочем уровне выше проектного, его измеренной глубине меньше срезки, вычисленная срезанная глубина будет отрицательной величиной, т.е. после срезки в данной точке будет "суша" и полученную величину выписывают на план со знаком плюс.

Глубины на план выписываются в дециметрах. Окончательным результатом выполненной русловой съемки является план водного пути, отчетный план, который составляют в изобатах - линиях равных глубин. На плане русловой съемки изобаты проводят от проектного уровня воды по выписанным на него глубинам.

Для облегчения читаемости подводного рельефа:

нулевая изобата проводится утолщенной линией зеленого цвета;

русловый донное отложение нанос

изобата гарантированной глубины - утолщенной линией красного цвета;

остальные изобаты - тонкие линии черного цвета;

"сухие" изобаты - тонкие линии коричневого цвета.

На план наносится километраж по оси судового хода и обозначается вынесенными от фарватера кружками с указанием километров.

Отчетный план с выписанными глубинами и наведенными изобатами.

После составления отчетного плана с него снимается калька, на которой показываются изобаты и вся нагрузка плана. На кальке указывается расположение гидрометрических створов и расчетных сечений.

Продольный профиль исследуемого участка реки составляется на основании обработанного промерного плана и данных однодневной связки уровней воды.

За ось профиля принимается ось судового хода.

Масштабы продольного профиля:

горизонтальный - от 1: 5000;

вертикальный - от 1: 50.

Продольный профиль дна и свободной поверхности воды строится в следующей последовательности.

На профиле по данным однодневной связки наносится положение рабочего и проектного уровней воды. Отметки проектного уровня получают вычитанием срезки (1,2 м) из отметок рабочего уровня.

Отметки дна по оси продольного профиля получают путем вычитания глубин, которые предварительно снимают с плана и выписывают в соответствующей графе вспомогательной таблицы под профилем, из средней отметки проектного уровня воды, равной 10,4 м. Также подсчитываются и записываются уклоны свободной поверхности при рабочем уровне (I=DZ/Dl, где DZ=Z_i-Z_{i+1 -} падение свободной поверхности воды на участке между точками однодневной связки; Dl - расстояние между ними по оси судового хода).

Продольный профиль приведен на рис.

2. Обработка данных натурных исследований, используемых для анализа гидравлики потока

Результаты промера глубин, измеренные расходы, данные мгновенной связки уровней воды и поплавочных наблюдений используются для получения гидравлической характеристики участка исследований: режима скоростей течения и гидравлического сопротивления русла реки.

Особое внимание уделяется изучению гидравлического сопротивления, т.к. надежность результатов, получаемых с помощью уравнений речной гидравлики, в сильной степени зависит от точности определения сил трения.

Ввиду незавершенности исследований по сопротивлению гряд и сопротивлению формы в речной гидравлике применяется суммарная оценка сил трения. Для этого на каждом участке русла вводится один, охватывающий все виды сопротивлений, коэффициент шероховатости n.

Рассматриваемый участок разбиваем на 5 расчетных участков, назначаем 6 сечений перпендикулярно направлению течения.

Схема разбивки на расчетные участки приведена на рис. _.

Вычерчиваются поперечные профили расчетных сечений (рис. __) на миллиметровой бумаге и определяются площадь w, ширина В и средняя глубина Н=w/В при рабочем уровне. Срезка на день проведения однодневной связки уровней и измерения расхода воды 1,2 м.

По заданному расходу воды Q подсчитываются во всех расчетных сечениях при рабочем уровне значения средней скорости течения u=Q/w

Находится величина падения свободной поверхности на расчетных участках: DZ=Z_i-Z_i+1 (где i - номер граничного сечения).

Отметки свободной поверхности в расчетных сечениях определяются путем линейной интерполяции по формуле: Z_i= Zj-I·l

Подсчитываются средние по участкам значения ширин русла и глубин:

B_ср= (B_i+B_i+1) /2; H_ср= (H_i+H_i+1) /2.

Значения коэффициента шероховатости на расчетных участках

Расчеты сводят в табл.1.

Результаты расчетов представляют в виде графиков Z=f (l) (строится в более крупном масштабе, чем продольный профиль), n=f (l) и u=f (l). Пример оформления этих графиков приведен на рис. ___.

Таблица 1

Расчет значений коэффициентов шероховатости

N сечения               N участка            Q, м³/с   w, м²       B, м        H, м        u, м/с     Z_i, м        DZ, м      L, м        B_ср,

мH_ср,

мH_ср^5/3,м^5/3n,

Рис. Графики изменения:

а) Z=f (l); б) υ=f (l); в) n=f (l)

3. Обработка данных натурных измерений, используемых для анализа движения влекомых наносов

Влекомые наносы двигаются в придонном слое потока, совершая короткие подвижки или скачки.

Русловые наносы по ширине реки распределяются неравномерно. Обычно их основная часть движется в сравнительно узкой полосе, ось которой можно найти, если отложить на плане участка значения элементарных расходов на вертикалях соответствующих гидростворов и далее соединить плавной кривой те точки, на которые приходятся наибольшее значения элементарных расходов. Выделенная полоса определяет зону русла, где возможны наиболее сильные деформации, и позволяет в некоторых случаях выявить источники поступления наносов в поток.

Определение расхода влекомых наносов производится с помощью донных батометров или по параметрам движения гряд.

4. Вычисление расхода влекомых наносов, измеренного донным батометром

Полный расход влекомых наносов Q_s при выполнении курсовой работы вычисляется аналитическим способом. Для этого по данным измерений подсчитываются значения элементарных расходов q_s на всех вертикалях гидростворов. Элементарный расход влекомых наносов вычисляется по формуле

,

гдеm-масса наносов в пробе, г;

Dt-время выдержки батометра на дне, с;

А - ширина входного отверстия батометра, см (при выполнении курсовой работы предполагается, что пробы отбирались батометром "Дон", a = 10 см).

Полный расход влекомых наносов вычисляется по формуле:

 (3)

гдеDb₀, Db_n-расстояние между урезом и ближайшей к нему вертикали;

Db₁, Db_2, …, Db_n-1-расстояния между вертикалями.

Все расчеты выполняются в табличной форме (табл.2)

По данным вычислений на выкопировке плана русловой съемки строятся эпюры распределении элементарных расходов влекомых наносов по ширине реки, проводится ось полосы наиболее интенсивного движения наносов и штриховкой выделяется полоса. Ширина полосы принимается равной 50 м (рис. ___).

Таблица 2

Данные вычисления расхода влекомых наносов (расход наносов измерен при срезке +_____ см.)

5. Определение состава донных отложений

Пробы донных отложений отбирают по всему исследуемому участку. При этом различают участки с песчаными донными отложениями и с разнозернистыми грунтами (песок, гравий, глина).

Для взятия проб донных отложений применяются различной конструкции дночерпатели, грунтозаборники или щупы.

Взятую пробу объемом не менее 100 г высушивают, взвешивают на технических весах и подвергают ситовому анализу. При этом анализе наносы разделяют на фракции просеиванием проб через несколько сит, поставленных в колонку. Затем взвешивают каждую фракцию и фракционный состав определяют в процентах по массе. В результате механического анализа составляют ведомость фракционного состава (табл.3).

Таблица 3

Ведомость фракционного состава донных отложений (в % по массе)

Неоднородность состава донных отложений характеризуется интегральной функцией распределения вероятностей диаметров частиц. Ее графическим выражением служит кривая гранулометрического состава, которая строится на основании ведомости фракционного состава. По оси абсцисс откладывают диаметры частиц, по оси ординат вероятность непревышения в процентах (рис. ____).

Рис. Кривые гранулометрического состава

По графикам находят следующие характерные диаметры (индекс указывает вероятность в процентах): d₁₀, d₅₀, d₆₀ и d₉₀. Вычисляют степень неоднородности гранулометрического состава Cu= d₆₀/d₁₀, коэффициент неоднородности грунта j= d₅₀/d₉₀ и средний диаметр частиц d_ср= (Sd_ip_i) /100 (где d_i - средний диаметр i-й фракции, p_i - ее процентное содержание). По ГОСТ 25100-82 "Грунты” определяют тип грунта. Результаты вычислений сводят в табл.4.

Таблица 4

Данные гранулометрического состава донных отложений

Список литературы

1.       Гришанин К.В., Сорокин Ю.И. Гидрология и водные изыскания. - М.: Транспорт, 1982, - 212 с.

2.       Беляков П.В. "Методические указания по выполнению курсовой работы" 2008